摘要：目前国内水利水电行业回填钢管的设计主要参考给排水行业规范,但其管径远超出给排水管道,研究大直径回填钢管管土相互作用,完善回填钢管结构设计理论,是当前亟待解决的重要课题.本文建立大直径回填钢管有限元计算模型,假定土体遵守Drucker-Prager屈服准则,钢管与土体交界面采用面-面接触单元,分析了管空、充水和满水工况下管土接触状态、钢管变形、土体位移和管周土压力,并探讨了管径和管土间摩擦系数对管土相互作用的影响.结果表明:管土接触状态在管顶、管腰和管底通常处于黏合状态,胸腔和腋部区域易发生滑动;钢管竖向和水平变形量并不完全相同,充水工况对钢管变形最为不利,满水工况较为有利;管顶土体位移受钢管变形的影响呈“U”形分布,即中间大、两侧小;管周土压力分布在管空和充水工况下较为相似,满水工况下会发生较大变化,土压力在土层交界附近会出现突变现象,其分布形式与Spangler模型存在较大区别;管径增大后,管内水体重力对钢管受力和变形更为不利,故大直径回填钢管设计时应考虑充水工况下的钢管变形;管径越大,管顶土压力平均值越接近棱柱荷载,钢管胸腔到顶部之间土体对管顶土压力影响越显著;管土间摩擦系数对管土相互作用影响较小,非关键因素.

摘要：结合某水电站地面明钢管实际工程,采用有限单元法研究了管内脉动压力作用下明钢管斜直段后段采用垫层管形式对钢管振动的影响。结果表明:采用垫层管形式可分散明钢管低频段的各阶自振频率,并使铅直向与上下游方向上具有较高有效模态质量的自振频率得到提高。垫层管形式对低频脉动下明钢管斜直段具有明显的减振效果,但不利于高频脉动下的钢管抗振;在低频脉动压力作用下通过减小垫层管垫层包角到一定值可以进一步提高减振效果。

摘要：为研究水电站厂房流激振动传导机制,对振动传递路径进行了分析,采用重整化群(RNG)k-ε模型对混流式水轮机蜗壳、导叶、转轮及尾水管全流道进行了三维非定常湍流计算.基于湍流计算结果对转轮部件上的脉动压力进行了积分计算,给出了解析计算和数值模拟相结合的轴向水推力脉动特性计算方法,并沿着蜗壳/尾水管→厂房结构、转轮→轴系→机架基础→厂房结构这两条振动传递路径对厂房振动进行了计算分析.结果表明:整个流道内压力脉动程度较大的区域主要集中在尾水管直锥段以及弯肘段,频率主要为0.83和1.02 Hz,即转频的1/5和1/4,受尾水管低频涡带向上游传播影响,蜗壳区也出现了低频脉动压力;轴向水推力是机组垂直动荷载的重要部分,具有明显的脉动特性,转轮上冠与顶盖、转轮下环与基础环之间的空腔压力是形成轴向水推力的主要组成部分;蜗壳/尾水管→厂房结构这条振动传递路径是最直接也是作用最明显的,是厂房振动的主要诱因.

摘要：混流式水轮机稳定性的好坏直接关系到机组能否正常运行,其影响因素主要可分为水力稳定性和非水力稳定性,而前者是研究的热点问题。作为水力稳定性影响因素之一的轴向水推力是水流作用在转轮轴向上的力,通过推力轴承传递到厂房承重机架基础上,会影响轴承和厂房的安全运行。本文归纳分析了已建成水电站中由于轴向水推力异常导致的主要事故案例,从理论公式、试验测量和数值计算3个方面总结了轴向水推力计算的研究进展;系统讨论了多种水力激振力作用下轴向水推力的脉动特性,有利于提高对厂房的结构振动特性的认识;综合对比了减轻轴向水推力的各种措施及其特点,强调了对推力轴承的运行状态进行分析的重要性;最后展望了轴向水推力研究的发展趋势。本文可为继续深入研究涉及轴向水推力的相关工程设计、安全运行等问题提供参考。

摘要：回填钢管在水利水电行业应用逐渐增多,但是国内该行业中尚未有关于回填钢管的设计规范。通过对比分析CECS规范、日本规范和ASCE规范,对回填钢管设计中的荷载计算及组合、弯矩计算、允许应力和安全系数等内容进行探讨。研究表明:3种规范所采用的设计理论、设计思路基本相同,但在荷载计算、荷载组合、内力计算等方面存在差别,适用于不同的情况;考虑到水利水电行业回填钢管通常管径大、内压高、刚度小的特点,在设计时建议考虑管重、水重及外水压力等荷载,内水压力的计算宜遵循水利水电行业规定,采用棱柱荷载计算管顶竖向土压力;建议参考日本规范,在弯矩计算公式中直接加入内水压力项,定量计算内水压力对弯矩的折减作用。

摘要：根据西龙池抽水蓄能电站的工程资料,建立埋藏式月牙肋钢岔管有限元模型,利用接触单元模拟钢岔管和围岩的联合承载。通过构造一系列围岩参数依次进行联合承载有限元计算,得到测点的计算应力。依据测点的计算应力和实测应力等数据,进行神经网络反演分析,根据反演结果的误差大小确定围岩参数。研究表明,通过神经网络反演得到的围岩参数较为合理,符合工程经验,且围岩承载规律性较好,证明利用神经网络法对钢岔管主要设计参数进行反演分析是可行的。

摘要：为研究抽水蓄能电站厂房板梁柱体系的抗振性能,结合某实际工程建立了三维有限元模型,对板梁、厚板和厚板+边梁三种楼板结构的自振特性和流道脉动压力作用下的动力响应开展了研究。研究发现,在厂房四周边界条件相同的情况下,三种楼板结构型式和楼板厚度、立柱截面尺寸的小幅调整对他们的自振特性影响有限;但从减小楼板强迫振动响应峰值的角度分析,当蜗壳流道内激振频率分别在35~45、50~60、65~75 Hz时,相对较优的结构型式分别为厚板+边梁、板梁、纯厚板,且增加板厚可以减小振动响应。另外,当厂房内激振频率与立柱自振频率相近时,增加立柱截面尺寸对降低立柱振动响应具有较明显的效果。考虑到抽水蓄能电站厂房内振源复杂,建议以转轮叶片数频率及其两倍频率为主要目标,通过动力有限元方法开展抽水蓄能电站厂房结构的抗振优化设计。

摘要：充压伸缩式水封在水利枢纽工程高水头泄水孔中应用日益广泛,但由于多种原因,弧形闸门可能会出现漏水,甚至出现水封及连接件破坏现象。某实际工程在第一汛期底水封压板上的M20不锈钢螺栓大部分旋出冲走;增大压板螺栓直径(由M20改为M27)、提高螺栓等级(由A2-70改为10.9级)后,第二汛期螺栓又出现断裂。以该工程为例,采用物理模型试验方法,并结合相关计算,研究了弧形工作闸门底水封附近的水力特性。分析结果表明水封系统破坏机理的主要原因是高速水流引起的负压、空蚀及流激振动诱发的水封系统共振。通过试验方案优化研究,提出了在门槽斜坡跌坎下游布置消力坎的工程措施。试验结果表明:出口段水流条件得到很大改善,水封处负压消失,水流空化数增大,消能减蚀效果明显。此外,还提出将水封压板与座板的弹性连接结构改为刚性连接结构,使得水封系统的固有频率远离水流脉动压力优势频率分布区,避免水封系统共振。研究结果可为类似的弧形工作闸门水封设计和故障处理提供参考。

摘要：垫层在水电站钢蜗壳-混凝土组合结构中起传递内水压力的作用,但在当前的设计实践中,垫层通常被简化为线弹性材料。本文选取聚氨酯软木与聚乙烯闭孔泡沫等2种最常用的蜗壳垫层材料,首先采用土工轴承式单杠杆固结仪对2种材料分别进行循环加-卸压试验,材料试样由环刀切割成型,受压过程在环刀内完成,最大压力荷载定为1.0 MPa,加压与卸压过程均分10级完成,级差0.1 MPa。而后根据试验中的垫层材料试样尺寸,建立试样的平面轴对称有限元模型,在ABAQUS平台上采用HYPERFOAM和MULLINS EFFECT两者共同模拟单次加-卸压循环中2种材料的非线性响应过程,2种模型中必要的材料参数通过UNIAXIAL TEST DATA选项结合材料的压缩应力-应变试验数据确定。研究结果表明:2种材料均具有显著的非线性、不可逆的压缩特性,在循环加-卸压作用下均存在显著的残余应变;数值模拟对2种材料在单次加-卸压循环中的应力-应变响应过程的预测效果良好。认为在蜗壳结构的设计中不应忽略垫层材料的非线性力学特性,前述基于ABAQUS平台的数值模拟技术能够简便地实现垫层材料的非线性力学描述。建议垫层材料在出厂前,宜提前经历足够次数和时长的"预压"过程,最大程度上降低垫层材料残余变形对蜗壳结构受力的潜在不利影响,垫层材料的力学设计参数须基于已经历过"预压"过程的试样压缩-回弹数据确定。

摘要：为了研究水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响,采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构进行三维有限元计算,研究了蜗壳进口不同边界条件和止推环对蜗壳结构受力特性的影响,提出了蜗壳进口边界条件的合理模拟方法。结果表明:设置伸缩节时,直埋蜗壳方案止推环只承担了不平衡水推力的5. 63%,低于垫层蜗壳方案时的29. 21%。而不设伸缩节时,考虑上游钢管和外包混凝土情况下,上游钢管承担的不平衡水推力相比不考虑上游钢管和外包混凝土的情况减小6%～19%。因此,无论上游钢管是否设置伸缩节,直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳,设置伸缩节时止推环可以起到较为明显的止推作用,但不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的作用,可以考虑取消止推环。综合考虑蜗壳进口上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度,建议蜗壳计算模型中进口范围取至上游钢管中第一个加劲环,并施加轴向约束。